मजबूत विद्युतचुंबकीय हस्तक्षेप -ईवी रिज़ॉल्वर सेंसर के तहत अनिच्छा-प्रकार रिज़ॉल्वर में सिन/कॉस सिग्नल विरूपण का विश्लेषण

नई ऊर्जा वाहन इलेक्ट्रिक ड्राइव और औद्योगिक सर्वो, अनिच्छा-प्रकार जैसे अनुप्रयोगों में रिज़ॉल्वर का व्यापक रूप से मोटर रोटर स्थिति सेंसर के रूप में उपयोग किया जाता है। उनमें कोई सेमीकंडक्टर चिप्स नहीं होते हैं, उच्च तापमान का सामना करते हैं, और कंपन का विरोध करते हैं - वे बहुत 'कठोर' दिखाई देते हैं। हालांकि, कई इंजीनियरों को साइट पर एक पेचीदा समस्या का सामना करना पड़ता है: एक बार जब मोटर की शक्ति बढ़ जाती है और पीडब्लूएम स्विचिंग आवृत्ति बढ़ जाती है, तो रिज़ॉल्वर के साइन/कोसाइन आउटपुट सिग्नल में गड़बड़ियां, फ्लैट-टॉपिंग, लिफाफा विरूपण और अन्य विसंगतियां विकसित हो जाती हैं, जिससे कोण में घबराहट, टॉर्क रिपल और यहां तक ​​कि नियंत्रक दोष भी हो जाते हैं।

I. सामान्य रिज़ॉल्वर साइन/कोसाइन सिग्नल कैसा दिखता है?

अनिच्छा-प्रकार के रिज़ॉल्वर की संरचना अपेक्षाकृत सरल है: स्टेटर में एक उत्तेजना वाइंडिंग और दो स्थानिक रूप से ऑर्थोगोनल आउटपुट वाइंडिंग होती है, जबकि रोटर बिना किसी वाइंडिंग के विशेष आकार के सिलिकॉन-स्टील मुख्य ध्रुवों से बना होता है। उत्तेजना वाइंडिंग पर एक उच्च-आवृत्ति साइनसॉइडल उत्तेजना लागू की जाती है:

जब रोटर कोण θ से घूमता है , तो दो आउटपुट वाइंडिंग क्रमशः प्रेरित होती हैं:

व्यवहार में, प्रत्येक सिग्नल भिन्न होता है, उदाहरण के लिए, S1-S3 और S2-S4। जैसा कि देखा जा सकता है, रिज़ॉल्वर आउटपुट एक उच्च-आवृत्ति वाहक है जिसका आयाम रोटर कोण  θ द्वारा नियंत्रित होता है  । एक आस्टसीलस्कप पर, तरंग रूप दो लिफाफे के रूप में दिखाई देते हैं जो कोण के साथ क्रमशः साइन और कोसाइन के रूप में भिन्न होते हैं।

डिकोडिंग चिप - रिज़ॉल्वर-टू-डिजिटल कनवर्टर (आरडीसी) - इन संकेतों को डिमॉड्यूलेट करता है, लिफाफे निकालता है, और कोण की गणना करता है  

द्वितीय. प्रबल विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप कहाँ से आता है?

रिज़ॉल्वर आमतौर पर मोटर के सिरे पर लगाया जाता है, जो एक विशिष्ट मजबूत विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप वातावरण से घिरा होता है:

·  आईजीबीटी/एमओएसएफईटी की उच्च गति स्विचिंग : मोटर नियंत्रक की पीडब्लूएम वाहक आवृत्ति आमतौर पर कुछ किलोहर्ट्ज़ से दसियों किलोहर्ट्ज़ की सीमा में होती है, लेकिन स्विचिंग किनारे केवल दसियों से सैकड़ों नैनोसेकंड होते हैं, जिसमें स्पेक्ट्रा दसियों मेगाहर्ट्ज तक विस्तारित होता है।

·  पावर बसबार और चरण केबल : उच्च धारा और उच्च वोल्टेज में तेज़ बदलाव मजबूत विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।

·  संपर्ककर्ता और रिले संचालन : आर्किंग और क्षणिक स्पंदन उत्पन्न करें।

·  पावर कन्वर्टर्स : स्विचिंग बिजली आपूर्ति से तरंग और हार्मोनिक्स।

एक बार जब ये हस्तक्षेप रिज़ॉल्वर सिग्नल लाइनों में जुड़ जाते हैं, तो वे अन्यथा स्वच्छ साइन/कोसाइन सिग्नल पर सुपरइम्पोज़ हो जाते हैं।

तृतीय. सिग्नल श्रृंखला में हस्तक्षेप कैसे प्रवेश करता है

चार मुख्य रास्ते हैं जिनके माध्यम से हस्तक्षेप रिज़ॉल्वर सिग्नल श्रृंखला में प्रवेश करता है:

1. रेडिएटिव कपलिंग
पावर लाइनें और स्विचिंग नोड्स ट्रांसमिटिंग एंटेना की तरह काम करते हैं, जबकि रिज़ॉल्वर वायरिंग हार्नेस रिसीविंग एंटेना की तरह काम करते हैं। जब रिज़ॉल्वर हार्नेस को पावर केबलों के समानांतर रूट किया जाता है, तो उच्च-आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र सीधे हार्नेस पर वोल्टेज उत्पन्न करते हैं।

2. प्रवाहकीय युग्मन
हस्तक्षेप उत्तेजना बिजली आपूर्ति लाइनों या डिकोडर बोर्ड बिजली आपूर्ति के माध्यम से रिज़ॉल्वर प्रणाली में प्रवेश करता है, और फिर सिग्नल पक्ष में जुड़ जाता है।

3. ग्राउंड संभावित अंतर
बड़ी धाराओं के कारण ग्राउंड ट्रेस या मेटल हाउसिंग पर वोल्टेज गिरता है, जिससे रिज़ॉल्वर अंत और डिकोडर अंत के बीच असमान ग्राउंड क्षमता पैदा होती है, जिससे सामान्य-मोड वोल्टेज बनता है।

4. लाइनों के बीच क्रॉसस्टॉक
जब रिज़ॉल्वर हार्नेस चरण केबलों, बसबारों आदि के समानांतर चलते हैं, तो लाइनों के बीच परजीवी समाई और पारस्परिक अधिष्ठापन में हस्तक्षेप होता है।

चतुर्थ. विकृति की विशिष्ट अभिव्यक्तियाँ

ऑसिलोस्कोप पर, मजबूत ईएमआई के तहत साइन/कोसाइन सिग्नल निम्नलिखित रूपों में दिखाई दे सकते हैं।

1. उच्च-आवृत्ति गड़बड़ सुपरपोजिशन
स्पाइक्स और रिंगिंग पीडब्लूएम किनारों के साथ सिंक्रनाइज़ होकर वाहक पर दिखाई देते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्विचिंग क्षणों के दौरान उत्पन्न उच्च-आवृत्ति धाराएं परजीवी समाई के माध्यम से सिग्नल लाइनों में जुड़ जाती हैं। गड़बड़ी का आयाम दसियों एमवी या यहां तक ​​कि सैकड़ों एमवी तक पहुंच सकता है, जबकि सामान्य अंतर सिग्नल आयाम आमतौर पर केवल कुछ वोल्ट होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एसएनआर में महत्वपूर्ण गिरावट आती है।

2. सामान्य-मोड से विभेदक-मोड शोर
विभेदक सिग्नल सैद्धांतिक रूप से केवल दो तारों के बीच वोल्टेज अंतर के प्रति संवेदनशील होते हैं और सामान्य-मोड हस्तक्षेप के खिलाफ अस्वीकृति क्षमता रखते हैं। हालाँकि, वास्तविक केबल, कनेक्टर और फ़िल्टर नेटवर्क कभी भी पूर्णतः सममित नहीं होते हैं। जब उच्च-आवृत्ति सामान्य-मोड हस्तक्षेप प्रवेश करता है, तो इसका हिस्सा अंतर-मोड वोल्टेज में परिवर्तित हो जाता है और साइन/कोसाइन संकेतों पर आरोपित हो जाता है। यह शोर अक्सर लिफाफे पर आवधिक 'फ़ज़' के रूप में दिखाई देता है।

3. क्लिपिंग और संतृप्ति
जब हस्तक्षेप का आयाम बड़ा होता है, और सुपरइम्पोज़्ड सिग्नल शिखर आरडीसी इनपुट रेंज या ऑप-एम्प आपूर्ति रेल से अधिक हो जाता है, तो तरंगरूप शीर्ष को 'क्लिप' कर दिया जाता है। क्लिपिंग सीधे पाप/कॉस लिफाफे को नष्ट कर देती है, जिससे डिकोड किए गए कोण में गंभीर गैर-रेखीय त्रुटियां होती हैं।

4. डीसी ऑफसेट बहाव
हस्तक्षेप में कम आवृत्ति वाले घटक, ग्राउंड लूप धाराएं, या सुधार प्रभाव सिग्नल में डीसी ऑफसेट का कारण बन सकते हैं, जिससे तरंग रूप असममित हो जाता है। आरडीसी डिकोडिंग आम तौर पर शुद्ध एसी सिग्नल मानती है; ऑफसेट से कोण त्रुटियां और गति तरंग उत्पन्न होती है।

5. हार्मोनिक विरूपण
चुंबकीय सामग्रियों की गैर-रैखिकता और हस्तक्षेप और उत्तेजना वाहक के बीच इंटरमॉड्यूलेशन हार्मोनिक घटकों को उत्पन्न करता है। एक बार जब हार्मोनिक्स आरडीसी में प्रवेश कर जाते हैं, तो उन्हें कोण में उच्च-क्रम वाले हार्मोनिक त्रुटियों में डिमोड्युलेट किया जा सकता है, जो टॉर्क तरंग या शोर के रूप में प्रकट होता है।

6. साइन/कोसाइन आयाम असंतुलन और चरण बदलाव
यदि साइन और कॉस के लिए दो सिग्नल पथों में अलग-अलग फिल्टर पैरामीटर, केबल लंबाई, या कनेक्टर संपर्क बाधाएं हैं, तो मजबूत हस्तक्षेप के तहत दोनों चैनल अलग-अलग प्रभावित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आयाम बेमेल या चरण बदलाव होता है। आरडीसी synθ/cosθ के आधार पर कोण की गणना करता है; आयाम या चरण असंतुलन सीधे कोण त्रुटियाँ उत्पन्न करता है।

V. सिस्टम पर विकृति का प्रभाव

सिग्नल विरूपण केवल ऑसिलोस्कोप पर एक 'दृश्य मुद्दा' नहीं है; यह सीधे सिस्टम प्रदर्शन पर प्रतिबिंबित करता है:

·  कोण आउटपुट जिटर : आरडीसी द्वारा डिमॉड्यूलेटेड शोर कोण मान में उच्च आवृत्ति जिटर का कारण बनता है, जिससे गति प्रतिक्रिया शोर बढ़ जाता है।

·  आवधिक कोण त्रुटियां : लिफाफा विरूपण और हार्मोनिक्स कोण त्रुटियों का कारण बनते हैं जो समय-समय पर रोटर की स्थिति के साथ बदलते रहते हैं, जिससे डीक्यू-अक्ष वर्तमान में उतार-चढ़ाव और टॉर्क तरंग होता है।

·  दोष और लॉक का नुकसान : गंभीर हस्तक्षेप के कारण आरडीसी ट्रैकिंग लूप लॉक खो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप कोण में उछाल आ सकता है और ओवरकरंट या ओवरवॉल्टेज सुरक्षा ट्रिगर हो सकती है।

·  सिस्टम प्रदर्शन में गिरावट : इलेक्ट्रिक वाहनों में, इससे मोटर दक्षता कम हो सकती है, कंपन और शोर बढ़ सकता है और यहां तक ​​कि वाहन सुरक्षा भी प्रभावित हो सकती है।

VI. कैसे पहचानें और समस्या निवारण करें

व्यावहारिक डिबगिंग में, निम्नलिखित विधियाँ शीघ्रता से निर्धारित कर सकती हैं कि रिज़ॉल्वर सिग्नल मजबूत ईएमआई से प्रभावित हैं या नहीं:

·  उपयोग करें , सिंगल-एंड जांच से बचें जो ग्राउंड लूप पेश कर सकती हैं। विभेदक जांच का  एस1-एस3 और एस2-एस4 को मापने के लिए

·  यह निर्धारित करने के लिए उत्तेजना संकेत और आउटपुट सिग्नल दोनों का एक साथ निरीक्षण करें कि उत्तेजना पक्ष के माध्यम से हस्तक्षेप पेश किया गया है या नहीं।

·  यह निर्धारित करने के लिए कि हस्तक्षेप पावर सर्किट से उत्पन्न होता है या नहीं, मोटर स्थिर बनाम चालू और पीडब्लूएम स्विचिंग ऑन बनाम ऑफ के साथ तरंग रूपों की तुलना करें।

·  हस्तक्षेप स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करने के लिए ऑसिलोस्कोप के एफएफटी का उपयोग करें और जांचें कि क्या यह पीडब्लूएम वाहक आवृत्ति या एज हार्मोनिक्स के साथ मेल खाता है।

·  सामान्य-मोड हस्तक्षेप स्तर का आकलन करने के लिए जमीन पर दो लाइनों के सामान्य-मोड वोल्टेज को मापें।

सातवीं. दमन के उपाय

विकृति को दबाने के लिए तीन मोर्चों पर एक साथ प्रयासों की आवश्यकता होती है: हस्तक्षेप स्रोत, युग्मन पथ और रिसीवर।

1. वायरिंग हार्नेस और शील्डिंग को अनुकूलित करें

·  डबल-एंडेड ग्राउंडिंग के कारण होने वाले ग्राउंड लूप से बचने के लिए रिज़ॉल्वर सिग्नल लाइनों के लिए परिरक्षित ट्विस्टेड जोड़े का उपयोग करें, जिसमें डिकोडर छोर पर एक बिंदु पर शील्ड ग्राउंडेड हो।

·  सिग्नल लाइनों को बिजली के तारों से अलग रूट करें, लंबे समानांतर चलने से बचें; यदि पार करना अपरिहार्य है, तो उन्हें लंबवत रूप से पार करें।

·  यदि आवश्यक हो, तो उच्च-आवृत्ति परिरक्षण प्रभावशीलता में सुधार के लिए धातु नाली या डबल-लेयर परिरक्षण का उपयोग करें।

2. फ़िल्टरिंग और सुरक्षा

·  सामान्य-मोड शोर और उच्च-आवृत्ति गड़बड़ियों को दबाने के लिए आरडीसी इनपुट पर सामान्य-मोड चोक और आरसी लो-पास फिल्टर जोड़ें।

अत्यधिक चरण विलंब से बचते हुए फिल्टर  कटऑफ आवृत्ति रिज़ॉल्वर उत्तेजना आवृत्ति से अधिक होनी चाहिए, जो अन्यथा नई कोण त्रुटियां पेश करेगी।

·  डिकोडर सर्किटरी को नुकसान पहुंचाने वाले क्षणिक ओवरवॉल्टेज को रोकने के लिए टीवीएस ट्यूब जैसे सुरक्षा उपकरण जोड़ें।

3. लेआउट और ग्राउंडिंग

·  एनालॉग सिग्नल ट्रेस को छोटा करने के लिए डिकोडर बोर्ड को रिज़ॉल्वर कनेक्टर के जितना संभव हो उतना करीब रखें।

·  एनालॉग ग्राउंड को पावर ग्राउंड से अलग करें, एनालॉग ग्राउंड के माध्यम से बड़ी धाराओं को बहने से रोकने के लिए उन्हें एक ही बिंदु पर जोड़ें।

·  कनेक्टर चयन में शील्ड की निरंतरता पर ध्यान दें, यह सुनिश्चित करते हुए कि कनेक्टर पर शील्ड टूटी नहीं है।

4. उत्तेजना पक्ष उपचार

·  उत्तेजना लाइनों के लिए परिरक्षित मुड़ जोड़े का भी उपयोग करें, और उत्तेजना बिजली आपूर्ति में फ़िल्टरिंग जोड़ें।

·  उत्तेजना संकेतों और पावर केबलों के बीच कनेक्टर या हार्नेस साझा करने से बचें।

5. सिस्टम और एल्गोरिथम उपाय

·  मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता वाले आरडीसी चिप्स चुनें, जैसे कि अंतर्निहित सिंक्रोनस डिमोड्यूलेशन और डिजिटल फ़िल्टरिंग वाले।

·  सॉफ्टवेयर में, व्यक्तिगत हस्तक्षेप दालों को नियंत्रण विसंगतियों से बचाने के लिए कोण सिग्नल पर फ़िल्टरिंग, दर सीमित करना और संभाव्यता जांच लागू करें।

·  पीडब्लूएम एज स्लीव दरों को अनुकूलित करें और स्रोत पर हस्तक्षेप को कम करने के लिए स्नबर सर्किट जोड़ें।

आठवीं. निष्कर्ष

मैग्नेटोरेसिस्टिव रिज़ॉल्वर स्वाभाविक रूप से एक मजबूत सेंसर है, लेकिन इसके साइन/कोसाइन आउटपुट निम्न-स्तरीय एनालॉग सिग्नल हैं जो मजबूत ईएमआई के तहत विरूपण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। हस्तक्षेप और युग्मन पथ के स्रोतों को समझना, और उचित परिरक्षण, फ़िल्टरिंग, ग्राउंडिंग और लेआउट को लागू करना, कोण प्रतिक्रिया की सटीकता और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है।

इंजीनियरों के लिए, ऑसिलोस्कोप पर तरंगरूप सबसे अच्छी 'स्वास्थ्य रिपोर्ट' है। जितनी जल्दी सिग्नल विरूपण का पता लगाया जाएगा, सिस्टम समस्याओं की संभावना उतनी ही कम होगी।